Вертикальное строение волн

На чертеже (фиг. 88) кривыми сплошными линиями показаны трохоидальные профили каждого равноотстоящего слоя воды. Из чертежа видно, что длина волны (на фиг. 88 дана только полудлина К/2) на всех глубинах остается одинаковая, так как катящийся круг один и тог же для трохоидальных кривых всех глубин. По той же причине и период для частиц воды на всех глубинах тот же самый. Очевидно, и скорость распространения волны для слоев всех глубин тоже одинакова. Изменяется же только высота волны, потому что радиусы производящих окружностей уменьшаются. Для поверхностной волны отношение ее высоты к длине взято на чертеже около Vie– Vи, что случается и в природе. На том же чертеже показан пунктиром катящийся круг и дана пунктиром циклоида, которая представляет предельную возможную волновую поверхность, перейдя которую, последняя не может оставаться сплошной, а разбивается на вершине. На чертеже частицы вверху орбит идут направо, а потому и форма волны двигается направо.

Вертикальные столбцы частиц, находящиеся действительно в таком положении при спокойном состоянии жидкости, по установлении волнообразного движения переходят из положений, обозначенных на чертеже пунктирными линиями, в кривые, показанные сплошными линиями, слегка изогнутыми вправо, к вершине волны.

Таким образом, то количество частиц воды, какое содержала любая из вертикальных полос АХ, полностью переходит в пространство, лежащее между соответственными изогнутыми вертикальными линиями. Последние, сравнительно с их положением до волнения, в правой половине чертежа кверху сближаются (совершенно выклиниваясь только около вершины циклоиды), и потому естественно, что в правой половине чертежа частицы воды в каждой вертикальной полосе поднимаются, а в левой половине чертежа, обратно, опускаются, потому что тут вертикальные полосы кверху расширяются.

Каждый первоначальный прямоугольник, имевший при состоянии жидкости в покое сечение АН – АХ, переходит в ромбоидальную фигуру ABC, площадь которой при всех ее видоизменениях при движении волновой формы остается равной первоначальному прямоугольнику и заключает в себе все те же самые частицы воды, которые только все время различно перераспределяются, то поднимаясь выше своего уровня в состоянии покоя, то опускаясь ниже его. При этом вертикальные столбцы частиц колеблются около своего положения при нахождении жидкости в покое, подобно упругим прутьям, укрепленным своим основанием на той глубине, где волнение прекращается. В каждый момент имеются столбцы частиц, занимающие точно вертикальное положение, это столбцы, расположенные под подошвой или гребнем волны, все остальные столбцы, расположенные между ними, будут наклонены к гребню воды. Это хорошо видно на чертежах (фиг. 88 и 89). Таково внутреннее строение волны при установившемся волнении, когда профиль волны на поверхности есть трохоида.

Как на черт. 88, так и на фиг. 89 видно, что при волнообразном движении воды слои ее, имевшие в состоянии покоя везде одинаковую толщину, при переходе их в трохоидальные слои становятся тоньше у подошвы и толще у гребня волны, это есть необходимое последствие перехода частиц воды из состояния покоя в волнообразное движение. Только при подобном условии и возможно, что слой, лежащий на некоторой глубине, в каждой своей точке будет испытывать одинаковое гидростатическое давление, т. е. будет находиться в покое и иметь горизонтальную поверхность, что и случается на глубинах, немного больших длины волны.

~1~  ~2~  ~3~  ~4~  ~5~  ~6~  ~7~  ~8~  ~9~  ~10~  ~11~  ~12~  ~13~  ~14~  ~15~  ~16~  ~17~  ~18~  ~19~  ~20~  ~21~  ~22~  ~23~  ~24~  ~25~  ~26~  ~27~  ~28~  ~29~  ~30~  ~31~  ~32~  ~33~  ~34~  ~35~  ~36~  ~37~  ~38~  ~39~  ~40~  ~41~  ~42~  ~43~  ~44~  ~45~  ~46~  ~47~  ~48~  ~49~  ~50~  ~51~  ~52~  ~53~  ~54~  ~55~  ~56~  ~57~  ~58~  ~59~  ~60~  ~61~  ~62~  ~63~  ~64~  ~65~  ~66~  ~67~  ~68~  ~69~  ~70~  ~71~  ~72~  ~73~  ~74~  ~75~  ~76~  ~77~  ~78~  ~79~  ~80~  ~81~  ~82~  ~83~  ~84~  ~85~  ~86~  ~87~  ~88~